【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水上减阻实验领域，具体涉及一种用于开放流域的减阻实验装置及其使用方法。
技术介绍
1、水上减阻技术是在基底表面通过加工或覆盖涂层等方法降低表面与液体之间的摩擦力，可为船舶等水上航行器提供较大的减阻率，节省大量能源。因此进行涂层等技术的水上减阻实验对实际生产应用有一定的指导意义。为了进行水上减阻实验，通常需要在船舶或模型表面喷涂涂层或加工减阻表面，在开放水域中航行以检测表面的减阻效率。但这类实验方法存在明显的缺陷，首先，在开放水域中进行实验会受到水中各种杂质的影响，难以保证不同样品的实验条件相同，增大了实验的误差；其次，船舶或模型的表面处理较为复杂，对于涂层等技术，由于其具有较强的表面粘附性，很难彻底清洗，导致模型难以重复利用，造成实验成本较高。
2、现有的液体减阻实验装置大多为液体输送的管道流动所设计，由于开放流域和管道的流动状态的不同，无法很好地适用于开放流域的减阻实验。现有技术中通过在圆盘底部覆盖涂层通过圆盘在水中的旋转运动测试涂层的减阻效率。但圆盘的旋转运动与船舶等航行器的运动差异很大，其中离心作用对水上减阻实验，尤其是对具有特殊微结构表面的减阻实验的影响不可忽视。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种用于开放流域的减阻实验装置及其使用方法，操作简单，能够较为高效和准确地进行开放流域减阻实验。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种用于开放流域的减阻实验装置，包括支撑架、测试杆、双杆调节架、用于供
4、进一步地，所述双杆调节架、测试杆和样品夹通过螺纹连接；所述喷头和循环泵通过螺纹与输液管相连；所述支撑架相对的横杆上设有多个连接孔；所述支撑架与双杆调节架通过与连接孔配合的螺栓固定；所述测试杆与双杆调节架通过螺栓固定。
5、进一步地，所述测试杆可通过调节双杆调节架在支撑架上的位置横向移动或竖向移动，用于调节样品与喷头之间的距离；所述角度调节器用于旋转调节喷头角度。
6、进一步地，所述喷头相对面的水槽中设置有挡板，所述挡板高度与所述样品夹位置相对应，防止水流飞溅。
7、进一步地，所述测试杆与应变片采用半桥连接，在测试杆上距离样品80cm处的正反面对应位置各设有一块应变片。
8、一种采用所述的用于开放流域的减阻实验装置的使用方法，包括以下步骤：
9、步骤1：将样品通过样品夹的旋钮调节固定，通过双杆调节架和角度调节器调节喷头与样品之间的距离和角度；
10、步骤2：启动循环泵，打开流量阀，调整流量，若水流在样品表面的覆盖面积达到对应实验所需的预设值，则继续下一步，否则重复步骤1和步骤2直到满足预设覆盖面积要求；
11、步骤3：启动数据采集仪和计算机采集记录测试杆应变变化，根据预设的喷出水流的速度调整所需流量，流量与流速关系为q＝s*v，其中q为流量、s为喷头出口横截面积、v为流速；待应变曲线稳定后，开始收集2min内的应变值，最终得到设定速度下的平均应变值；
12、步骤4：更换样品或水流速度，重复步骤3，收集对照样品和实验样品在各个流速下的实验数据；
13、步骤5：根据不同样品在各流速下的平均应变值，通过公式f＝εeiz/xy计算不同样品在各流速下表面受到的阻力值，式中ε为数据采集仪分析得到的测试杆应变值，e为测试杆的弹性模量，iz为测试杆的截面惯性矩，x为应变片与样品之间的距离，y为测试杆截面中轴到边缘的距离；再根据阻力值计算减阻率dr＝(f对照-f实验)/f对照，式中f对照为对照样品阻力值、f实验为实验样品阻力值。
14、进一步地，所述对照样品和实验样品相对应，为一组或多组。
15、进一步地，所述样品为扁平板状，宽度范围2-10cm，厚度范围1-20mm。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
17、1、提供一种用于开放流域的减阻实验装置及其使用方法，可接受各种减阻表面的减阻测试，采用平板样品对于表面处理非常简便；
18、2、利用喷头喷射水流模拟开放流域的流动；通过阀门和流量计控制出水速度，模拟不同流动速度；角度调节器和双杆调节架可控制水流喷出的方向和作用于样品表面的压力，可以适应不同实验条件的要求；
19、3、通过应变片可精确测量测试杆的微应变，通过数据采集仪分析和计算得到准确的阻力值；
20、4、提高了开放流域减阻实验的效率和准确性；减少了实验条件外因素的影响；降低了对实验场地的要求；为开放流域减阻实验提供了一个较为简便的方法。
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1.一种用于开放流域的减阻实验装置，其特征在于：包括支撑架(1)、测试杆(12)、双杆调节架(14)、用于供电的电源模块；双杆调节架(14)两端设置在支撑架(1)上，可沿支撑架(1)滑动；测试杆(12)一端与双杆调节架(14)固定连接，另外一端连接有样品夹(11)；测试杆(12)可随双杆调节架(14)沿支撑架(1)滑动或上下移动；测试杆(12)中段贴有应变片(13)，应变片(13)依次连接有应变适调器(15)、数据采集仪(16)和计算机(17)；样品夹(11)下方的支撑架(1)右侧设置有角度调节器(8)；角度调节器(8)上固设有输液管(5)；喷头(9)与输液管(5)末端连接；流量计(7)和流量阀(6)设置在输液管(5)中段；样品夹(11)下方设有水槽(3)；输液管(5)始端与循环泵(4)出水口连接，循环泵(4)入水口通入水槽(3)中。
2.根据权利要求1所述的一种用于开放流域的减阻实验装置，其特征在于：所述双杆调节架(14)、测试杆(12)和样品夹(11)通过螺纹连接；所述喷头(9)和循环泵(4)通过螺纹与输液管(5)相连；所述支撑架(1)相对的横杆上设有多个连接孔；
3.根据权利要求2所述的一种用于开放流域的减阻实验装置，其特征在于：所述测试杆(12)可通过调节双杆调节架(14)在支撑架(1)上的位置横向移动或竖向移动，用于调节样品(10)与喷头(9)之间的距离；所述角度调节器(8)用于旋转调节喷头(9)角度。
4.根据权利要求3所述的一种用于开放流域的减阻实验装置，其特征在于：所述喷头(9)相对面的水槽(3)中设置有挡板(2)，所述挡板(2)高度与所述样品夹(11)位置相对应，防止水流飞溅。
5.根据权利要求4所述的一种用于开放流域的减阻实验装置，其特征在于：所述测试杆(12)与应变片(13)采用半桥连接，在测试杆(12)上距离样品(10)80cm处的正反面对应位置各设有一块应变片(13)。
6.一种采用权利要求1-5任意一项所述的用于开放流域的减阻实验装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种用于开放流域的减阻实验装置的使用方法，其特征在于：所述对照样品和实验样品相对应，为一组或多组。
8.根据权利要求7所述的一种用于开放流域的减阻实验装置的使用方法，其特征在于：所述样品(10)为扁平板状，宽度范围2-10cm，厚度范围1-20mm。
...【技术特征摘要】
1.一种用于开放流域的减阻实验装置，其特征在于：包括支撑架(1)、测试杆(12)、双杆调节架(14)、用于供电的电源模块；双杆调节架(14)两端设置在支撑架(1)上，可沿支撑架(1)滑动；测试杆(12)一端与双杆调节架(14)固定连接，另外一端连接有样品夹(11)；测试杆(12)可随双杆调节架(14)沿支撑架(1)滑动或上下移动；测试杆(12)中段贴有应变片(13)，应变片(13)依次连接有应变适调器(15)、数据采集仪(16)和计算机(17)；样品夹(11)下方的支撑架(1)右侧设置有角度调节器(8)；角度调节器(8)上固设有输液管(5)；喷头(9)与输液管(5)末端连接；流量计(7)和流量阀(6)设置在输液管(5)中段；样品夹(11)下方设有水槽(3)；输液管(5)始端与循环泵(4)出水口连接，循环泵(4)入水口通入水槽(3)中。
2.根据权利要求1所述的一种用于开放流域的减阻实验装置，其特征在于：所述双杆调节架(14)、测试杆(12)和样品夹(11)通过螺纹连接；所述喷头(9)和循环泵(4)通过螺纹与输液管(5)相连；所述支撑架(1)相对的横杆上设有多个连接孔；所述支撑架(1)与双杆调节架(14)通过与连接孔配合的螺栓固定；所述测试杆(12)与双杆调节架(14)通过螺...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵婧，曲江鹏，贺鹏丞，孙若愚，莫继良，程子晋，李顺，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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